电路基础知识大讲解[1]

课目： 电路基础

教学内容 第一节 电路的模型

教学目的 １、了解电路模型的有关概念 ；

2

教学重点

教学难点

预习要求

课堂类型

提问内容

教学时数

作业 、掌握电阻、电容和电感模型的性质。 掌握电阻、电容和电感模型的性质 电阻、电容和电感模型的性质 了解本次课的主要内容 理论课 2学时 习题一：1-16、1-20

绪论 （introduction）

一、电路及电路理论概念（electric circuit and electric circuit theory concept）

1.电路定义：是指为了某种需要由一些电气器件按一定方式连接起来的电流的通路，电路又被称为网络。

2.电路理论内容及分析方法：

电路分析-----在给定电路条件下，求出电路对给定激励的响应。

电路内容

电路综合-----在给定激励和响应即电路传输特性条件下，求出电路。

本课程主要研究电路分析。

3.电路理论研究的对象：实际电路的模型----电路。

4.实际电路种类：（按其用途分类）通讯电路、计算机电路、自动控制电路、电气照明电路等。

5.电路课程的性质：专业基础课。 6.电路课程学习方法：

①深刻理解基本概念、基本原理，熟练掌握基本分析方法； ②活学活用，理论联系实际。

二、电路中的基本元件（basic element） 1.无源二端元件：电阻、电感、电容。 2.有源二端元件：电压源、电流源。

3.受控源：电流控制电压源、电流控制电流源、电压控制电压源、电压控制电流源。 三、电路中的基本定律(basic circuit laws) ①欧姆定律：uRi

②基尔霍夫电流定律：i0 ③基尔霍夫电压定律：u0 4）叠加定理； 5）戴维南定理。 四、电路实验

电路的等效变换及其化简法 电路定理及在分析电路问题中的应用

电路分析方法 电路的各种方程分析法

1、 实验目的：

1）学习常用的电子仪器、仪表的性能和工作原理，并学会其使用方法；

2）学习并掌握基本的测量方法，会测量常见的物理量；能够根据实验讲义完成实验并写出实验报告；

3）培养初步的实验技能，包括正确选用仪器、仪表，制定合理的实验方案，实验中各种现象的观察和判断，实验数据的正确读取和处理，误差分析，实验报告的编写。 2、实验要求：

1） 课前预习，理解掌握相关的理论知识； 2） 完成实验过程并撰写出实验报告。 3）注意安全，按章操作，爱护仪器。 3、实验报告要求 1） 2）

格式：实验题目、实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容（包括步骤、数据记录、数据处理、实验结论、问题回答）

注意事项：写清组别、日期，数据处理要按有效数字来进行处理。

第一章 电路的基本概念

本章学习的主要内容：

1、电路的基本组成和模型；

2、掌握负载模型和电源模型的主要性质；

3、电路的基本物理量：电流、电压、电位、电能和电功率；

4、电路的基本定律：欧姆定律，基尔霍夫定律（KCL和KVL）等电路的基本定律。

第一节 电路的模型

1．1．1电路的组成及作用

一、 电路：

1、定义：由电器设备和元器件按一定方式联接起来，为电流流通提供路径的总体称为电路，也叫网络。

例：最简单的电路：手电筒的电路。 实际电路和等效电路图。

2、电路的组成

A、电源：提供电能的设备或器件；

B、载：将电能转换成其他形式能量的元器件或设备； C、中间环节：导线、开关等。 3、电路的作用

A、传输、分配、使用电能；如电力电路。

B、传递、处理电信号。如收音机、电视机、卫星通信等电路。 二、单位制

1、定义：由一些基本单位和导出单位组成的单位体系。 2、国际单位制（SI）：

表1国际单位制的基本单位

表2国际单位制的辅助单位

表三常用的国际单位词头

注意单位和词头的大小写。

1．1．2负载的模型

一、 电路模型（circuit model）

1、 理想元件：体现某种基本现象，具有某种确定电磁性能和精确数学定义的电路元件。

即理想电路元件不是实际电路和实际电路的部件，而是一些数学模型---在一定条件下能够准确地反映实际电路及其部件的电磁性能的模型，它没有体积大小，特性集总在空间的一点，又称集总参数元件(lumped parameter element)。

2.电路模型：用理想电路元件（集总参数元件）构成的电路，如图手电筒电路对应的电路模型。

二、电阻模型

1、定义：电阻性元件定义：一个二端元件，若其性能方程可用ui平面上的曲线描述，在任何瞬刻，元件的电压瞬时值可由其电流瞬时值来决定或相反，其数学定义式为

uf(t)或ig(u)

* 电阻元件反映导体对电流运动的阻碍作用。

2、欧姆定律和线性电阻元件（Ohmslawand linear resistor） 1．欧姆定律

欧姆定律是德国物理学家乔治·欧姆在1826年发现的（1787年—18年）。欧姆定律内容：在电压电流关联参考方向下，电阻（R）的电压电流关系为

uRi 或 URI

电阻的SI单位：欧姆（Ω），常用单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）等。 电导：电阻的倒数称，用G表示，单位：西门子（S）。

1GR

2．线性电阻及其伏安特性

①线性电阻：通过电阻的电流或电阻两端电压发生变化时，电阻阻值恒定不变，即R为常数。

②伏安特性（曲线）：在ui坐标平面上表示元件的电压电流关系（曲线），缩写为VCR。

③线性电阻伏安特性：伏安特性曲线为一条通过坐标原点的直线，如图所示。

3．非线性电阻及其伏安特性

①非线性电阻：电阻的阻值随着电流或电压的变化而变化。

②非线性电阻的伏安特性：不是一条通过原点的直线。如二极管伏安特性曲线。 本书不讨论非线性电阻电路。

三、电感的模型（inductor）

1、线性电感元件（linear inductor）

①线性电感元件定义：电感器在ψi平面上的特性曲线是过坐标原点的一条直线。即电感元件的Ψ与i成正比关系。

数学定义式 ψLi

式中，——通过线圈的磁链（ΨNΦ），单位：韦伯（Wb）；

i——通过线圈的电流，单位是安培（A）；

L ——比例常数称为线圈的电感或自感系数，简称自感，体现电感线圈储存磁场的能力。

L

②自感单位：SI单位是亨利，简称亨（H）。常用单位还有毫亨（mH）、微亨（H）。

1H103mH106H

* 线性电感只与线圈的结构、形状有关，与通过线圈的电流大小无关。

* 实际的电感线圈是用导线绕制而成的，因此实际线圈应包含电感和损耗电阻两部分；如果线圈的损耗电阻很小可以忽视不计时，则线圈可以等效为一个纯电感元件。

2、电感元件的电压、电流关系（u-i relation of inductor） 电流、电压取关联参考方向下

dΨdiuLeLdtdt

di0直流时，由于dt，uL0，即电感对直流相当于短路。

三．电感元件的磁场能量（electromagnetic field energy of inductor）

在电压电流关联参考方向下，功率为

dipuiLidt

从到t的时间段内电感元件的磁场能量为

ttidi1WLpdtLidtLidiLi2dt02

WL的SI单位:焦耳(J).

结论：①i增大，磁场增强，WL增加；i减小，磁场减弱，WL减少。

②电感与电阻不同，电感不消耗电能，电感是储能元件，而不是耗能元件。

四、电容元件（capacitor）

1、线性电容元件（linear capacitor）

①线性电容元件定义：电容器在qu平面上的特性曲线是过坐标原点的一条直线。即电容元件的q与uC成正比关系。

定义式: qCuC

式中，q——电容器每一极板上储存的电量，单位：库仑（C）；

uC——电容器端电压，单位：伏（V）；

C——比例常数称为电容器电容，体现电容器储存电荷的能力。

②电容单位：SI单位：法拉，简称法（F）。常用单位还有微法（F）、皮法（pF）。

1F106F1012pF

* 线性电容元件电容C只与电容器的结构、介质、形状有关，与电容两端的电压大小无关，是一个常数。

* 实际上任意两个绝缘的导体之间都可以构成一个电容器。例如，两根绝缘的导线之间、线圈的两匝之间等都已构成了电容器，这种非人为制成的电容器，称它们为分布电容。分布电容的电容量通常很小（几个PF），在低频时，可以不考虑它对电路的影响；在高频时，分布电容的作用不可忽视。

2、电容元件的电压、电流关系（u-i relation of capacitor） 电流、电压取关联参考方向下

dudqiCcdtdt di0dt直流时，由于，uL0，即电感对直流相当于短路。

直流时，由于=0，i0，即电容对直流相当于开路。

3、电容元件的电场能量（electric field energy of capacitor） 在电压电流关联参考方向下，功率为

dupuCiuCCCdt

当uC()0时，从到t的时间段内电容元件吸收的电场能量为

uCduC12WCpdtCuCdtCuCduCCuC0dt2

tt

WC的SI单位:焦耳(J).

结论：①uC增大，电场增强，WC增加；uC减小，电场减弱，WC减少。

②电容元件与电感元件一样，也是个储能元件；与电感不同的是，电容储存的是电场能量，而电感储存的是磁场能量。